Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung von Tribomaps für reibwerterhöhende Laserstrukturen

Haftreibwerterhöhende Laserstrukturen sind eine sehr vielversprechende, ökonomisch günstige Möglichkeit zur Optimierung der Übertragungsfähigkeit kraftschlüssiger Verbindungen. Erste Vorarbeiten (u. a. Forschungscluster GECKO) zeigten, dass unter Variation der Lasertechnologieparameter unterschiedliche Laserstrukturen herstellbar sind. Es wurde nachgewiesen, dass diese Mikrostrukturen hinsichtlich ihrer Strukturkenngrößen auf einer kraftschlüssigen Wirkoberfläche optimiert werden können, um maximale Haftreibwerte zu erreichen. Offen blieb die Untersuchung des Reibwertverhaltens der Laserstrukturen bei Werkstoffmischpaarungen, das durch Optimierung der Technologieparameter erreichte Haftreibwertmaximum, sowie der Einfluss dynamischer Belastungen auf das Reibwertverhalten der Laserstrukturieren. Zur Schließung dieser Wissenslücken sollen im geplanten Forschungsvorhaben an der Forschungsstelle II auf Probekörpern die Laserstrukturen Aufschmelzungen, Tiefschweißpunkte und Mikrotexturen appliziert und optimiert werden. An der Forschungsstelle I werden die optimierten Laserstrukturen mittels standardisierter Prüfverfahren hinsichtlich des resultierenden Haftreibwertes bewertet. Untersuchungsziel ist es sog. Tribomaps abhängig von der nominellen Flächenpressung und der tribologischen Kenngrößen zu entwickeln. Mit den Tribomaps steht dem Konstrukteur und dem Laserdienstleister am Projektende erstmalig ein effizientes Werkzeug zur Auswahl von Laserstrukturen bereit. Die Endkunden verfügen über eine gesicherte Auslegungsgrundlage und die Laser-Dienstleister über gesicherte Parametersätze zur Herstellung von Laserstrukturen. Mit den bestehenden Prüfständen sind zudem Absicherungsversuche und Zertifizierungen möglich. Auf Basis der Projektergebnisse und der resultierenden Verkürzung der Entwicklungszeiten (keine zeitaufwändigen iterativen Versuchsreihen notwendig) bieten reibwerterhöhende Laserstrukturen einen internationalen Wettbewerbsvorteil vor allem für die KMU.

Ergebniszusammenfassung:

Das Forschungsprojekt beschäftigte sich mit der Ermittlung von Haftreibwerten von laserstrukturierten Oberflächen an stirnflächigen Modellprüfkörpern. Ziel war die Beschreibung eines Zusammenhangs zwischen der Laserstruktur und dem jeweils erreichbaren Haftreibwert. Dazu wurde die reibwertsteigernde Wirkung von drei Laserstrukturtypen in unterschiedlichen tribologischen Systemen systematisch untersucht und analysiert. Die tribologisch relevanten Variationsparameter waren dabei die Werkstoffkombination, die Oberflächenrauheit und das Oberflächenbearbeitungsverfahren sowie der Strukturtyp. Für die jeweiligen Laserstrukturen wurden charakteristische Reibcharakteristika ermittelt, aus welchen anwendungsbezogen Haftreibwerte abgeleitet werden können. Um die Anwendung der Forschungsergebnisse in der Praxis sowohl für die Konstrukteure wie auch für die Laser-Dienstleister zu fördern bzw. zu erleichtern, wurden für die jeweiligen Stakeholder die notwendigen Parameter identifiziert und in sogenannten Tribomaps zusammengeführt. Diese liefern mit Hilfe von tribologischen, topographischen und lasertypischen Parametern Kennwerte für den Laser-Dienstleister, mit denen der gewünschte Haftreibwert ohne umfangreiche Iterationsschleifen erreicht werden kann. Die Tribomaps werden dem Anwender als Sammelwerk zur Verfügung gestellt. Die Ergebnisse des Vorhabens tragen zur zuverlässigen und wirtschaftlichen Auslegung von reibwerterhöhenden Laserstrukturen in Kraftschlussverbindungen bei. Sowohl dem Laserdienstleister als Unternehmen, als auch dem Konstrukteur helfen die Ergebnisse eine optimierte Auslegung durchzuführen Das betrifft z.B. die Bereiche der Windkraft-, Luft- und Schifffahrtsindustrie.